DE102008025263A1 - Purification of metallurgical silicon, comprises mixing halide containing the metallurgical silicon, melting the mixture, and sublimating the impurities and removing the impurities from the melt in the form of metal halides - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufreinigen von metallurgischem Silicium.The The present invention relates to a method for purifying metallurgical silicon.
Aus
der
Aus
der
Die
Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, ist es bereits bekannt, Verunreinigungen aus Siliciumschmelzen mit Hilfe von gasförmigen Chlorquellen zu entfernen. Dabei werden Chlorgas oder Chlor enthaltende Gasgemische in die Si-Schmelze eingeleitet. Die Umsetzung einer derartigen Technologie ist jedoch sehr komplex, da die Einleitung des Chlors direkt in die Schmelze erfolgen muss, was in der Regel durch Röhrchen oder spezielle Düsen geschieht. Eine homogene Verteilung des Chlors über die gesamte Schmelze ist damit nur bedingt möglich. Zudem kann durch die Vorrichtungen zur Einleitung des Chlors in die Schmelze die Schmelze selbst beeinträchtigt werden, d. h. es kann beispielsweise zu Verunreinigungen kommen, die aus den Vorrichtungen zur Gaseinleitung herrühren.As show the above statements, it is already known Impurities from silicon melts with the aid of gaseous Chlorine sources to remove. These are chlorine gas or chlorine-containing Gas mixtures introduced into the Si melt. The implementation of a However, such technology is very complex since the initiation of the chlorine must be made directly into the melt, which is usually through tubes or special nozzles happens. A homogeneous distribution of the chlorine over the entire melt is therefore only conditionally possible. In addition, through the devices for the introduction of the chlorine into the melt, the melt itself is impaired be, d. H. for example, it can lead to contamination, which originate from the devices for gas introduction.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufreinigen von metallurgischem Silicium zu schaffen, das auf besonders einfache und effektive Weise durchführbar ist.Of the The present invention is based on the object, a method to clean up metallurgical silicon to create that particularly simple and effective way is feasible.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer ersten
Variante durch ein Verfahren zum Aufreinigen von metallurgischem
Silicium gelöst, das die folgenden Schritte aufweist:
Vermischen
von halogenidhaltigem Silicium mit dem zu reinigenden metallurgischem
Silicium;
Schmelzen der Mischung und dadurch Aussublimieren
der Verunreinigungen und Entfernen derselben aus der Schmelze in
der Form von Metallhalogeniden.This object is achieved in a first variant by a method for purifying metallurgical silicon, comprising the following steps:
Mixing halide-containing silicon with the metallurgical silicon to be purified;
Melting the mixture and thereby sublimating the impurities and removing them from the melt in the form of metal halides.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet somit keine gasförmige Chlorquelle zum Aufreinigen des metallurgischen Siliciums Verwendung, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, sondern es wird festes halogenidhaltiges Silicium mit dem zu reinigenden metallurgischen Silicium vermischt, und das resultierende Gemisch wird aufgeschmolzen. Dadurch werden die Verunreinigungen, insbesondere Schwermetalle in der Form von Chloriden, beispielsweise FeCl3, aussublimiert und damit aus der Schmelze entfernt.Thus, in the method of the present invention, no gaseous source of chlorine is used to purify the metallurgical silicon, as in the prior art, but solid halide-containing silicon is mixed with the metallurgical silicon to be cleaned, and the resulting mixture is melted. As a result, the impurities, especially heavy metals in the form of chlorides, such as FeCl 3 , are sublimated and thus removed from the melt.
Die
vorstehend genannte Aufgabe wird bei einer zweiten Variante der
Erfindung durch ein Verfahren zum Aufreinigen von metallurgischem
Silicium gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
Aufschmelzen
des zu reinigenden metallurgischen Siliciums;
Einführen
von halogenidhaltigem Silicium in die Schmelze und dadurch Aussublimieren
der Verunreinigungen und Entfernen derselben aus der Schmelze in
der Form von Metallhalogeniden.The above object is achieved in a second variant of the invention by a method for purifying metallurgical silicon, comprising the following steps:
Melting the metallurgical silicon to be purified;
Introducing halide-containing silicon into the melt and thereby sublimating the contaminants and removing them from the melt in the form of metal halides.
Bei dieser zweiten Verfahrensvariante findet daher kein vorheriges Mischen des halogenidhaltigen Siliciums mit dem zu reinigenden metallurgischen Silicium statt, sondern das halogenidhaltige Silicium wird direkt in eine Schmelze aus dem zu reinigenden metallurgischen Silicium eingeführt. Auch hierdurch werden Verunreinigungen des zu reinigenden Siliciums aussublimiert und von der Schmelze in der Form von Metallhalogeniden entfernt.at Therefore, this second process variant finds no previous mixing of halide-containing silicon with the metallurgical to be purified Silicon instead, but the halide-containing silicon is directly in a melt of the metallurgical silicon to be cleaned introduced. This also causes contamination of the sublimated to be purified silicon and from the melt in the Removed form of metal halides.
Als halogenidhaltiges Silicium wird vorzugsweise chloridhaltiges Silicium verwendet.When Halide-containing silicon is preferably chloride-containing silicon used.
Als halogenidhaltiges Silicium kann vorzugsweise ein solches verwendet werden, das im Gemisch mit Si-Anteilen Halogensilan-Anteile enthält. Derartige Halogensilane (SinX2n+2, wobei X Halogen und n 1–10, vorzugsweise 1–3, bedeuten) sind vorzugsweise in den Leerräumen von chlorhaltigen Siliciumkörnern vorhanden (physikalisch), können aber auch durch chemische Bindungen fest an Siliciumatome (Si-X) gebunden sein.As the halide-containing silicon, it is preferable to use one containing halosilane portions in admixture with Si portions. Such halosilanes (Si n X 2n + 2 , wherein X is halogen and n 1-10, preferably 1-3) are preferably present in the voids of chlorine-containing silicon grains (physically), but can also be fixed by chemical bonds to silicon atoms (Si -X).
Der entsprechende Halogenidgehalt kann durch Titration mit Silbernitrat (nach Moor) quantitativ bestimmt werden. IR-spektroskopische Messungen (ATR-Technik, Diamant Einfachreflexion) an chloridhaltigem Silicium zeigen ein Signal bei 1029 cm–1. Die Stärke ist abhängig vom Halogenidgehalt und nimmt bei steigendem Halogenidgehalt zu.The corresponding halide content can be determined quantitatively by titration with silver nitrate (according to Moor). IR spectroscopic measurements (ATR technique, diamond single reflection) of chloride-containing silicon show a signal at 1029 cm -1 . The strength depends on the halide content and increases with increasing halide content.
Das halogenidhaltige Silicium findet vorzugsweise mit einem Halogenidgehalt von 1at% bis 50at% Verwendung.The halide-containing silicon preferably has a halide content of 1% to 50at% use.
Um eine gute Vermischung des halogenidhaltigen Siliciums mit dem aufzureinigenden metallurgischen Silicium zu errei chen, findet vorzugsweise granulares, insbesondere feinkörniges, halogenhaltiges Silicium Verwendung. Die Korngröße beträgt dabei zweckmäßigerweise 50 μm bis 20.000 μm. Das halogenidhaltige Silicium besitzt vorzugsweise eine Schüttdichte von 0,2 g/cm3 bis 1,5 g/cm3.In order to achieve good mixing of the halide-containing silicon with the metallurgical silicon to be purified, preference is given to using granular, in particular fine-grained, halogen-containing silicon. The grain size is expediently 50 microns to 20,000 microns. The halide-containing silicon preferably has a bulk density of 0.2 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3 .
Der Halogenidgehalt ist von der Korngröße abhängig. Mit wachsender Korngröße steigt der Halogenidgehalt.Of the Halide content depends on the grain size. With increasing grain size, the halide content increases.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Halogenidgehalt des zum Aufreinigen verwendeten halogenidhaltigen Siliciums durch eine Nachbehandlung eingestellt wird. Diese Nachbehandlung findet vorzugsweise unter Vakuum statt. Beispielsweise wurde der Chloridgehalt von chloridhaltigem Silicium einer bestimmten Sorte (Korngröße 50 μm bis 20.000 μm (ohne Sieben), Chloridgehalt 15%) durch Ausheizen auf 1.150°C über 4 Stunden bis auf einen Chloridgehalt von 4 reduziert. Geeignete Nachbehandlungsverfahren sind beispielsweise Ausheizen, Ausheizen unter Vakuum, Zerkleinern oder Sieben.A further variant of the method according to the invention is characterized by the fact that the halide content of the for cleaning used halide-containing silicon by a post-treatment is set. This after-treatment preferably takes place Vacuum instead. For example, the chloride content of chloride-containing Silicon of a certain grade (particle size 50 μm up to 20,000 μm (without sieves), chloride content 15%) by heating to 1,150 ° C for 4 hours to a chloride content reduced by 4. Suitable aftertreatment methods are, for example Heating, heating under vacuum, crushing or sieving.
Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne aufwendige Einrichtungen zum Einleiten von Gas in die Schmelze gute Ergebnisse in Bezug auf die Aufreinigung von metallurgischem Silicium erzielt werden können. Durch dieses Verfahren konnten insbesondere Schwermetalle in der Form von Chloriden einwandfrei aus der Schmelze entfernt werden.It has been shown that with the invention Method without complex means for introducing gas into the melt gives good results in terms of metallurgical purification Silicon can be achieved. By this procedure In particular, heavy metals in the form of chlorides were perfectly acceptable be removed from the melt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schmelze mit halogenidhaltigem Silicium nachgefüttert. Mit „Schmelze” ist hierbei die aus dem Gemisch aus halogenidhaltigem Silicium und zu reinigendem Silicium bestehende Schmelze oder die allein aus zu reinigendem Silicium bestehende Schmelze gemeint. In beiden Fällen kann durch das vorgenommene „Nachfüttern” der entsprechende Reinigungsprozess eingestellt werden, beispielsweise nachreguliert werden oder erneut begonnen werden.at a further embodiment of the invention Process, the melt is nachfüttert with halide silicon. With "melt" is here from the mixture halide-containing silicon and silicon to be cleaned Melt or consisting solely of to be cleaned silicon Melt meant. In both cases can be made by the made "Nachfüttern" the appropriate cleaning process can be set, for example be readjusted or started again.
Noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Schmelze homogenisiert wird. Dies kann beispielsweise über eine Agitation der Schmelze erfolgen, insbesondere durch Tiegelrotation, Einsatz eines Rührwerkes etc. Die Schmelze kann jedoch auch allein dadurch homogenisiert werden, dass sie über eine ausreichende Zeit stehengelassen wird, so dass sich hierbei durch Konvektion eine geeignete Homogenisierung ergibt.Yet a further embodiment of the invention Method is characterized in that the melt homogenized becomes. This can be done, for example, through an agitation of the Melt done, in particular by crucible rotation, use of a Agitator etc. However, the melt can also be alone be homogenized for a sufficient amount of time is allowed to stand, so that convection by a gives suitable homogenization.
Das erfindungsgemäße Aufreinigungsverfahren kann insbesondere bei Si-Kristallisationsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise bei Blockgussverfahren, Czochralsky-Verfahren, EFG-Verfahren, String-Ribbon-Verfahren, RSG-Verfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei zum Aufreinigen der Si-Schmelze verwendet, aus der die Kristalle erzeugt werden. Beim Blockgussverfahren werden multikristalline Si-Blöcke hergestellt, indem man durch kontrolliertes Erstarren Kristalle von bis zu mehreren Zentimetern Breite durch den ganzen Block wachsen lässt. Beim EFG-Verfahren (Edgedefined Film Growth) wird ein achteckiges „Rohr” aus der Siliciumschmelze gezogen. Das entstandene multikristalline Rohr wird an den Kanten zersägt und zu Wa fern verarbeitet. Beim String-Ribbon-Verfahren wird zwischen zwei Drähten ein Band aus der Siliciumschmelze gezogen. Beim RGS-Verfahren (Ribbon Growth an Substrate) entsteht ein Band aus Silicium, indem ein Trägermaterial unter einem Tiegel mit flüssigem Silicium hinwegbewegt wird. Das Czochralsky-Verfahren ist ein Verfahren zur Herstellung von Silicium-Einkristallen, bei dem ein Kristall aus der Siliciumschmelze gezogen wird. Unter Zieh- und Drehbewegungen scheidet sich an einem Kristallisationskeim ein zylindrisches Silicium-Einkristall ab.The The purification process according to the invention can in particular used in Si crystallization processes, for example ingot casting, Czochralsky, EFG, String Ribbon, RIM process. The inventive method is used to purify the Si melt from which the Crystals are generated. In the ingot casting process multicrystalline Si blocks are made by controlled solidification Crystals of up to several centimeters wide through the whole block grow. In the EFG process (Edgedefined Film Growth) becomes an octagonal "tube" from the silicon melt drawn. The resulting multicrystalline pipe becomes at the edges sawn and processed to Wa fern. When string-ribbon method is between two wires, a ribbon from the silicon melt drawn. In the RGS process (Ribbon Growth on Substrates) arises a band of silicon by placing a substrate under a Crucible is moved away with liquid silicon. The Czochralsky process is a process for producing silicon single crystals, in a crystal is pulled out of the silicon melt. Under drawing and rotational movements occurs at a crystallization seed cylindrical silicon single crystal from.
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Owner name: NAGARJUNA FERTILIZERS AND CHEMICALS LTD., IN Free format text: FORMER OWNER: SPAWNT PRIVATE S.A.R.L., LUXEMBURG, LU |
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R082 | Change of representative |
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